第八章速度、轉(zhuǎn)速和加速度測量

1、王 鵬wang_汽車、火車、輪船、飛機等行駛速度、加速度的測量，行駛姿態(tài)的測量發(fā)動機、發(fā)電機等輸出軸轉(zhuǎn)速的測量軋制板材、帶材、棒材、管材等產(chǎn)品速度的測量大型設(shè)備、工程中振動的測量在慣性導(dǎo)航中的應(yīng)用速度(Velocity)：物體運動時單位時間內(nèi)的位移量，m/s加速度(Acceleration)：物體運動時單位時間內(nèi)的速度增量，m/s2 轉(zhuǎn)速(Rotational Velocity)：物體運動時單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min角速度(Angular Velocity)：物體單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，rad/s從運動形式分：線速度測量，角速度測量從參考基準分：絕對速度測量，相對速度測量從數(shù)值特征分：平均速度

2、測量，瞬時速度測量從獲取方式分：直接速度測量，間接速度測量時間、長度計算測速法利用速度的定義：v=L/t加速度積分和位移微分測速法在振動測量中，通過測量振動體的加速度，積分得到振動速度、振幅等利用物理參數(shù)進行速度測量利用速度大小與某些物理量間的已知關(guān)系，如E=BLv的原理測量導(dǎo)體的運動速度線速度和角速度相互轉(zhuǎn)換測速法陀螺測速法光束切斷法相關(guān)測速法)()(0ttxty000011( )lim( ) ()lim() ()()TTyxxTTRy t x tdtx ttx tdtRtTT相關(guān)測速法相關(guān)測速法抗干擾能力更強，能在復(fù)雜的干擾條件下準確測量。相關(guān)測速在現(xiàn)代有著多方面的應(yīng)用：飛機、船舶、汽車、

3、軋機鋼帶等速度。從原理上講，任何在物體運動方向上一定距離處布置的兩個傳感器，只要它們能夠檢測到標記物體的某種信號（一般為隨機信號），那么，物體的運動速度都可以用互相關(guān)的原理加以測定。 空間濾波器測速法利用可選擇一定空間頻率的空間濾波器件與被測物體同步運動，然后在單位空間內(nèi)測得相應(yīng)的時間頻率f，求得運動體的運動速度。/0fNfNtLvLvNL fNt0 理想不可壓縮流體的伯努利方程理想不可壓縮流體在重力場中作定常流動時，具有三種形式的能量：位勢能、壓力勢能和動能，在流線上任何一處三者能量之和保持恒定。v2,p2z1z2v1,p1212pgzv 常量皮托管測速原理2/2vpppstv/ )(2st

4、ppv誤差來源：誤差來源：皮托管的方向與流體方向不對準；皮托管直徑不為零，靜壓孔實際靜壓力降低；流體受皮托管的滯止，使滯止點上游的靜壓力增大。 全靜壓管靜壓孔距前端不小于8倍管徑，可減小頭部激波對靜壓的影響；靜壓孔上部4個，下部6個，兩側(cè)沒有，可在大仰角飛行時減小靜壓誤差；裝有加溫裝置，防止在高空飛行時結(jié)冰飛機空速表開口膜盒（指示空速）真空膜盒（真空速）標實真實TTvv當外界氣溫T實與該氣層標準氣溫T標不等時，應(yīng)按下式進行修正：皮托管測速裝置利用了流體速度和流體動壓力之間的關(guān)系；在測量時直接測量的是壓力，然后再計算出速度，屬于間接測量；測量了運動物體和流體的相對速度。皮托管裝置的結(jié)構(gòu)堅固耐用，

5、穩(wěn)定可靠。多普勒效應(yīng)多普勒速度測量icf/0iPvcf1cos2cossPcvf2121(cos)(cos)(coscos)siicvcvfccvisdvfff)cos(cos120多普勒測速的優(yōu)點：用光的波長作基準，精度高；光電探測器輸出頻率信號，抗干擾能力強。 差分多普勒速度測量對于光束O10131(coscos)dOf vfc對于光束O20232(coscos)dOf vfc21012(coscos)sin22ddOdOffff vcv)2/sin(2/0dfv 頻差與光電探測器的方向無關(guān)。使用時不受現(xiàn)場條件的限制，可在任意方向測量?？墒褂么罂趶降慕邮胀哥R，使粒子散射的光能量極大地被利用

6、，提高信噪比。后向散射多普勒速度測量00sin/sin/dfvf vc )sin/(0fcfvd光源與光電探測器放置于運動物體的一側(cè)，儀器設(shè)計時結(jié)構(gòu)緊湊后向散射差分多普勒速度測量 衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)電磁波多普勒效應(yīng)激光光纖Doppler血液流速測量 探頭體積小，便于調(diào)整測量位置，可以深入到難以測量的角落；抗干擾能力強，可在高電壓、強電磁感應(yīng)等環(huán)境中使用。密封型的光纖探頭可直接放入液體中使用。陀螺儀的結(jié)構(gòu)二自由度陀螺單自由度陀螺陀螺儀的支撐方式液浮陀螺儀氣動陀螺儀靜電陀螺儀撓性陀螺儀陀螺儀的基本特性定軸性：當陀螺儀的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，如果不受任何外加力矩的作用，其主軸將穩(wěn)定地保持在慣性空間初始方向上，這

7、種特性稱為陀螺儀定軸性或者穩(wěn)定性。角動量H越大，摩擦力矩越小，則主軸方向越穩(wěn)定。HJ 陀螺儀的基本特性進動性：當陀螺儀的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時，如果外加力矩M作用在陀螺儀的某一框架旋轉(zhuǎn)軸上，迫使主鈾繞另一框架的軸旋轉(zhuǎn)，主軸以最短的途徑向外力矩的方向靠攏。在實際使用中如果內(nèi)框架和外框架重合，陀螺儀將會失去了一個自由度，這種情況被稱為“環(huán)架自鎖”。陀螺的進動是沒有慣性滯后微分陀螺儀角速度測量ykH光纖陀螺根據(jù)薩格納克效應(yīng)研制光纖陀螺對角速度的敏感軸是單軸，常使用三個或四個光纖陀螺構(gòu)成慣性測量組合轉(zhuǎn)速測量方法以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表達，即r/min按測量原理可分為：模擬法計數(shù)法同步法按變換方式可分為：機械式電氣式

8、光電式頻閃式22rcFmrkksFk x離心式轉(zhuǎn)速表具有測量結(jié)果顯示直觀、成本低、運行可靠、堅固耐用等優(yōu)點，故在生產(chǎn)、維修現(xiàn)場使用較多。但是離心式轉(zhuǎn)速表的測量原理簡單，測量精度相對較低。接觸式接觸式非接觸式非接觸式ztNn60zfn60隨著轉(zhuǎn)速下降輸出感應(yīng)電動勢的幅值也隨之減小，當轉(zhuǎn)速低到一定程度時，電壓幅值將會無法檢測出來。這種傳感器不適合于低轉(zhuǎn)速測量。頻閃效應(yīng)物體在人的視野中消失后，人眼視網(wǎng)膜上能在一段時間內(nèi)保持視覺印象，即視后暫留現(xiàn)象。其維持時間，在物體平均亮度條件下，約為(1/51/20)s的范圍。頻閃測速用一個頻率連續(xù)可調(diào)的閃光燈照射被測旋轉(zhuǎn)軸上的某一固定標記(如齒輪的齒，圓盤的輻條

9、或在旋轉(zhuǎn)軸上涂以黑白點)，并調(diào)節(jié)閃光頻率f，直到旋轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)一個單定像為止，即達到n=f的條件，這時便可以從電子計數(shù)器或圓刻度盤上讀出被測的轉(zhuǎn)速值。測速方法被測轉(zhuǎn)速n與閃光頻率n0相同，或者n為n0的整數(shù)倍時，都會出現(xiàn)單定像若已知被測轉(zhuǎn)速的范圍是nn，則首先將閃光頻率調(diào)到大于n，然后從高頻逐漸下降，第一次出現(xiàn)單定像的閃光頻率等于被測轉(zhuǎn)速若被測轉(zhuǎn)速的頻率范圍無法估計，則調(diào)整閃光頻率，記錄下連續(xù)出現(xiàn)兩次單定像的閃光頻率n1和n2，設(shè)n1n2，則1212n nnnnMEMS器件周期運動檢測MEMS器件周期運動檢測通過測量加速度來判斷機械系統(tǒng)所承受的加速度負荷的大小，防止損壞或提供控制指標汽車：防撞氣

10、囊、警報器筆記本硬盤保護加速度鼠標手機體感游戲通過測量加速度來測量物體的運動狀態(tài)，如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過檢測質(zhì)量塊與基座之間的位移可以實現(xiàn)加速度的測量質(zhì)量塊通過連接的阻尼器和彈簧感受到加速度的變化，質(zhì)量塊會受到與加速度成比例的慣性力的作用，通過檢測慣性力可以實現(xiàn)加速度的測量磁電感應(yīng)式加速度計電容式加速度計MEMS電容加速度計霍爾式加速度計伺服式加速度計原理：按力平衡反饋原理構(gòu)成的閉環(huán)測試系統(tǒng)特點：精度高、穩(wěn)定性好、線性好、大信號輸出；有靜態(tài)響應(yīng)；等效阻尼和固有頻率易調(diào)整；頻率范圍窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。應(yīng)用:沖擊、瞬時隨機測量和低頻測量；特別適宜火箭、導(dǎo)彈、飛機、輪船的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。伺服式加速度計2222dtxdmiSKzdtdzcdtzdmF222222dtxdzdtdzdtzdnnmkSSSFsdn/ )(2mkSSScFsd/ )(2當系統(tǒng)處于加速度計工作狀態(tài)時，有n 。)/(11200FsdFLnaSSSkSmRzUaUS選用剛度小的彈簧，使得kSdSsSFBlmRSmRSLFLa石英撓性擺式加速度計石英饒性擺式加速度計是一種機械式加速度計，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海、交通、石油、建筑等各個領(lǐng)域。這種加速度計具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度和靈敏度高、穩(wěn)定性好、功耗小、成本低等優(yōu)點，在航天領(lǐng)域的導(dǎo)彈、運載火箭